Схема установки

Обработка результатов опытов:

Таблица 1.

№ п/п	Тип устройства	V,	t, с	х, м	у, м			w,	w ,
	Цилиндрическим			0, 22	0, 04	0, 109	0, 150	2, 24	2, 435
	круглым		18, 9	0, 21	0, 04	0, 132	0, 159	2, 716	2, 324
	Крестообразным		20, 25	0, 27	0, 04	0, 136	0, 148	2, 716	2, 988
	треугольным		26, 28	0, 27	0, 04	0, 088	0, 114	2, 716	2, 988
	квадратным		15, 48	0, 26	0, 04	0, 168	0, 194	2, 716	2, 878

Таблица 2.

Пример обработки данных для первого результата:

1)Находим скорость истечения для круглого устройства

-коэффициент скорости; - Коэффициент местного сопротивления.

2. Расход жидкость.

; -Коэффициент расхода.

3) Опытное значение скорости истечения.

4) Опытное значение расхода определяется объёмным методом:

5) Время опорожнения резервуара постоянного сечения:

Вывод: в ходе лабораторной работы мы ознакомились с конструкцией отверстий в «тонкой стенке», насадок и особенностями истечения из них. Определили по напору скорости истечения через различные отверстия и цилиндрическую насадку, сравнили полученные величины с опытными значениями, рассчитанными по измеренным координатам. Определили расход воды при истечении через различные отверстия и цилиндрические насадки, сравнили полученные величины с опытными значениями, измеренными объемным методом. Рассчитали время истечения воды через отверстия в «тонкой стенке» или цилиндрические насадки при переменном напоре и сравнение расчетного значения с опытным, измеренным с помощью секундомера.

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

«Казанский Национальный Исследовательский Технологический Университет»

Кафедра: «Процессы и аппараты химических технологий»

ОТЧЁТ

по лабораторной работе №11

«Изучение гидродинамики зернистого слоя»

Выполнил:

Проверил:

профессор, д.т.н.__________Клинов А.В.

г.Казань, 2014г.

Цель работы:

1)изучение зависимости сопротивления слоя зернистого материала от скорости воздуха;

2)cравнение расчетных и экспериментальных значений критической скорости, и сопротивления, а также порозности взвешенного слоя.

Состояние и условия существования взвешенного слоя зависят от скорости восходящего потока газа или жидкости, а также от физических свойств системы – плотности, вязкости среды, размеров и плотности частиц и др.

На рис.1 показаны различные состояния слоя зернистого материала в зависимости от фиктивной скорости газового или жидкостного потока, проходящего через слой.

Рис.1. Взвешенный слой при различных скоростях газового потока.

а–неподвижный слой (режим фильтрации газа);

б–однородный псевдоожиженный слой;

в–неоднородный псевдоожиженный слой;

г–унос твердых частиц;

д–взвешенный слой с поршнеобразованием;

е–взвешенный слой с каналообразованием;

График зависимости Δ p от фиктивной скорости w газового

или жидкостного потока, проходящего через слой:

Условием перехода неподвижного слоя твердых частиц в взвешенное состояние является равенство давления со стороны среды и веса слоя, приходящегося на единицу площади его поперечного сечения. На рис.2 показано изменение сопротивления слоя зернистого материала в зависимости от фиктивной скорости газового или жидкостного потока, проходящего через слой cнизу вверх.

а–кривая идеального псевдоожижения;

б–реальные кривые псевдоожижения;

в–кривая псевдоожижения для слоя с поршнеобразованием (кривая1) и с каналообразованием (кривая2)

Схема экспериментальной установки:

1-корпус;

2-нижняясетка;

3-слойчастиц;

4-верхняясетка;

5-диафрагма;

6-дифманометрдиафрагмы;

7-дифманометр;

8-ЛАТР;

9 -вентилятор;

10-электродвигатель

№	∆ P диаф-рагмы мм вод ст	V м3/с	W0 м/с	м/с	∆ Pсл, Па	hсл, м	ε
эксп.	расч.	эксп.	расч.	расч.	эксп.
		0.0026	0.59	1.22	0.96		91.83	0.06	0.42	0.42
		0.0038	0.86		184.07	0.06	0.49	0.42
		0.0045	1.02		252.43	0.06	0.53	0.42
		0.0054	1.22		263.02	0.065	0.6	0.46
		0.006	1.36		253.45	0.07	0.61	0.50
		0.0066	1.50		187.67	0.085	0.62	0.59

Таблица измеренных и рассчитанных величин:

Справочный материал к расчетам: d – 0, 005 м – диаметр шарообразной частицы; плотность воздуха = 1, 29 кг/м3 – плотность воздуха; 1, 8*10^-5 Па с – вязкость воздуха; 850 кг/м3 – плотность частицы.

1. По соотношению определили фиктивные скорости газа w ₀ для всех опытов.

2. Нашли расчетное значение расч., используя последовательные соотношения

3. Найдем расчетное гидравлическое сопротивление неподвижного слоя по соотношениям считая частицы шарообразными (Ф=1) и псевдоожиженного

Порозность

;

Удельная поверхность а, ;

; ;

Коэфф. Сопратив

Гидродинамическое сопротивление неподвижного слоя

4. Определили экспериментальные значения порозности псевдоожиженного слоя, а расчетные - по графической зависимости

Экспериментальные значения порозности:

;

Критерий Лященко:

5. На основании данных отчетной таблицы построили график зависимости по которому определили экспериментальное значение критической скорости , соответствующее началу псевдоожижения.

Вывод: Мы изучили гидродинамику зернистого слоя, изучили зависимости сопротивления слоя зернистого материала от скорости воздуха; cравнили расчетные и экспериментальные значения критической скорости, и сопротивления, а также порозности взвешенного слоя.

Цель работы:

1. Ознакомится со схемой установки и конструкцией теплообменника типа «труба в трубе»;

2. Найти опытные и расчетные значения коэффициента теплопередачи при различных условиях проведения эксперимента;

3. Проанализировать влияние различных факторов на коэффициент теплоотдачи и теплопередачи.

Принадлежности:

Двухсекционный теплообменник типа «труба в трубе», трубопроводы для подвода и отвода холодной и горячей воды, запорные арматуры и контрольно-измерительные приборы.

Схема установки:

Таблица опытных данных и результатов расчёта:

№ опыта	Показания ротаметра	Расход воды	Температуры теплоносителей
для горячей воды, деления	для холодной воды, деления
			69, 08	43, 96	51, 3	43, 30	14, 6	25, 20
			69, 08	100, 48	51, 2	40, 65	14, 2	20, 84

Таблица определения опытных значений коэффициента теплопередачи:

№ опыта
	26, 32	47, 3	19, 9	2310, 93	1948, 53	2129, 73	525, 560
	27, 52	45, 92	17, 52	3061, 98	2789, 92	2925, 95	688, 796

Та блица приближённого расчёта коэффициента теплопередачи:

№ опыта
	0, 343	0, 067		1336, 77	------------	1792, 125	501, 25	344, 47
	0, 343	0, 154		3055, 49	------------	1792, 125	705, 24	429, 84

Пример обработки данных:

1)средняя температура теплоносителя:

2) тепловая нагрузка теплообменника:

3) средняя тепловая нагрузка теплообменника:

4)средняя движущая сила теплопередачи:

5) определение опытных значений коэффициента теплопередачи:

4) площадь поперечного сечения:

5) смоченный периметр:

6) средняя скорость теплоносителя:

7) эквивалентный диаметр:

8) критерий Рейнольдса:

9) критерий Прандтля:

10) критерий Нуссельта

а) критерий Нуссельта для горячего:

б) критерий Нуссельта для холодного:

11) коэффициент теплоотдачи:

12) суммарное термическое сопротивление стенки:

14)коэффициент теплопередачи:

Вывод:

1. ознакомились со схемой установки и конструкцией теплообменника типа «труба в трубе»;

2. наши опытные и расчетные значения коэффициента теплопередачи при различных условиях проведения эксперимента;

3. проанализировали влияние различных факторов на коэффициент теплоотдачи и теплопередачи.

4.

Цель работы:

1. Визуальное наблюдение режимов работы ситчатой и колпачковой тарелок.

2. Экспериментальное определение гидравлического сопротивления сухой тарелки.

3. Экспериментальное определение гидравлического сопротивления орошаемой тарелки.

4. Расчетное определение гидравлического сопротивления сухой и орошаемой тарелок.

5. Сравнение экспериментальных и расчетных результатов.

6. Сопоставление гидравлического сопротивления ситчатой и колпачковой тарелок.

Принадлежности:

Установки состоят из колонн 1 с тремя колпачковыми или ситчатыми тарелками(исследуется средняя тарелка); ротаметра 2 для измерения расхода жидкости; диафрагмы 3, соединенной с наклонным дифманометром 4 для измерения расхода воздуха; указателя 5 уровня жидкости на тарелке; наклонного дифманометра 6 для измерения гидравлического сопротивления тарелки.

Схема установки:

Расчетные формулы:

1. гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки рассчитывается по формуле:

, где – сопротивление сухой тарелки; - сопротивление газо-жидкостного слоя на тарелке; - сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения жидкости.

2. сопротивление сухой тарелки определяется по уравнению:

, где – скорость газа в отверстиях для ситчатой тарелки или в прорезях колпачковой тарелки(скорость в живом сечении); – плотность газа; ξ коэффициент гидравлического сопротивления тарелки.

3. потеря давления на преодоление сил поверхностного натяжения жидкости при входе газа в слой жидкости определяется по формуле:

, где σ – коэффициент поверхностного натяжения, – эквивалентный диаметр. Для ситчатой тарелки равен диаметру отверстия, для колпачковой тарелки– эквивалентному диаметру прорези, определяемому по соотношению:

, где S = а ⋅ b - площадь свободного сечения прорези, a – высота прорези; b – ее ширина; П = 2a+ b– смоченный периметр прорези.

4. сопротивление газожидкостного слоя рассчитывается по формуле:

, где ρ – плотность жидкости, g– ускорение свободного падения.

Таблица опытных данных и результатов расчёта:

Таблица №1.

Опытные и расчетные результаты для сухой тарелки:

№ п/п	Показания дифманометра , мм вод. ст.			мм вод. ст.	Па	Па
СИТЧАТАЯ ТАРЕЛКА
		3.3				10.125
			3.64			14.9
		4.5	4.1	2.5		18.9
			4.55			23.3
		5.25	4.77	3.5		25.6
КОЛПАЧКОВАЯ ТАРЕЛКА
		3.35	5.4			91.125
		4.45	7.1			157.53
		5.1	8.2			210.125
		5.6	8.97			251.44
		6.3	10.1			318.78

Таблица №2.

Опытные результаты для орошаемой тарелки:

№ п/п	Показания дифманометра , мм вод. ст.	Показания ротаметра			, мм	мм вод. ст.
СИТЧАТАЯ ТАРЕЛКА
			3.3	3.5
		4.5
		5.25
№ п/п	Показания дифманометра , мм вод. ст.	Показания ротаметра			, мм	мм вод. ст.
КОЛПАЧКОВАЯ ТАРЕЛКА
			3.35
		4.45
		5.1
		5.6
		6.3

Таблица №3.

Опытные и расчетные результаты:

№ п/п		, Па	, Па	, Па
опытные	расчётные
СИТЧАТАЯ ТАРЕЛКА
			244.759	358.759	358.884
	3.64	293.711	417.711	412.611
	4.1	323.083	452.083	445.983
	4.5	323.083	457.083	450.383
	4.77	323.083	462.083	452.683
КОЛПАЧКОВАЯ ТАРЕЛКА
	5.4	78.92	244.759	403.679	471.804
	7.1	274.131	513.051	510.581
	8.2	293.711	562.631	582.756
	8.97	293.711	592.631	624.071
	10.1	293.711	632.631	691.411

Пример обработки данных:

гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки:

сопротивление сухой тарелки:

коэффициент сопротивления для ситчатой тарелки принимается равным ξ = 1, 8, а для колпачковой тарелки- ξ = 5, 0;

скорость газа в отверстиях ситчатой тарелки равна

-для ситчатой тарелки; -для колпачковой тарелки;

потеря давления на преодоление сил поверхностного натяжения жидкости при входе газа в слой жидкости:

Для ситчатой тарелки , для колпачковой тарелки

S = а ⋅ b =24мм - площадь свободного сечения прорези, a – высота прорези; b – ее ширина; П = 2a+ b=26мм – смоченный периметр прорези.

сопротивление газожидкостного слоя:

Вывод:

1. Визуально наблюдали режимы работы ситчатой и колпачковой тарелок.

2. Экспериментально определили гидравлическое сопротивление сухой тарелки.

3. Экспериментально определили гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки.

4. Расчетным путём определили гидравлическое сопротивление сухой и орошаемой тарелок.

5. Сравнили экспериментальные и расчетные данные результатов.

6. Сопоставили гидравлическое сопротивление ситчатой и колпачковой тарелок.

Цель работы:

1. визуальное изучение гидродинамических режимов работы насадочной колонны и их характерных особенностей;

2. опытное определение гидравлических сопротивлений сухой и орошаемой насадок;

3. расчет скорости воздуха в точке инверсии фаз;

4. расчет гидравлического сопротивления сухой и орошаемой насадок;

5. сопоставление расчетных и опытных гидравлических сопротивлений для значения плотности орошения, заданного преподавателем;

6. расчет фактора гидродинамического состояния двухфазной системы f, сопоставление его с опытным значением.

Принадлежности:

Модель аппарата ∅ 100 м выполнена из органического стекла. В качестве насадки использованы керамические кольца Рашига 15х15х2, засыпанные навалом высотой слоя 0.3 м.

Основные характеристики насадки: свободный объем ; удельная поверхность ; эквивалентный диаметр

Схема установки:

Расчетные формулы:

Определение массового расхода фаз :

Определение массового расхода фаз :

Определение фиктивной скорости газа в насадке:

Определение гидравлического сопротивления сухой насадки :

Определение эквивалентного диаметра канала насадкой :

Коэффициент гидравлического сопротивления является функцией критерия Рейнольдса для газа Re и зависит от режима движения газа.

Для насадок, засыпанных внавал, определяется из следующих уравнений:

При Re≤ 40

При Re> 40

Критерий Рейнольдса определяется по формуле

, где µ – динамический коэффициент вязкости газа(пара), Па⋅ с.

Определение гидродинамического фактора f:

Коэффициент С может быть найден следующем образом:

Определение гидравлического сопротивления орошаемой насадки :

Таблица опытных данных и результатов расчёта:

Воздух	Вода	Сопротивление, Па
Показания ротаметра 3					Показания ротаметра 2			сухой насадки	орошаемой насадки
	1.5	1.87	0.19	158.2					22.08			1.85	0.36
		2.5	0.25	208.2					33.9		47.4	0.71	0.4
	2.5	3.1	0.32	266.5					52.5		77.1	0.66	0.47
		3.7	0.38	316.5		3.2	0.03		72.1		108.1	1.50	0.5
	3.5	4.3	0.44	366.5					93.6		149.7	1.85	0.6
			0.51	424.8					122.4			2.66	0.7
	4.5	5.6	0.57	474.8					150.6			3.75	0.8
		6.2	0.64	533.1					181.8		374.5	4.21	1.06

0, 69897	0, 954243	-0, 72125
0, 845098	1, 079181	-0, 60206
0, 954243	1, 176091	-0, 49485
	1, 39794	-0, 42022
1, 113943	1, 568202	-0, 35655
1, 176091	1, 740363	-0, 29243
1, 30103	1, 977724	-0, 24413
1, 380211	2, 09691	-0, 19382

Пример обработки данных:

Определение массового расхода фаз :

Определение массового расхода фаз :

Определение фиктивной скорости газа в насадке:

Определение гидравлического сопротивления сухой насадки :

Определение эквивалентного диаметра канала насадкой :

Коэффициент гидравлического сопротивления является функцией критерия Рейнольдса для газа Re и зависит от режима движения газа.

Для насадок, засыпанных внавал, определяется из следующих уравнений:

При Re≤ 40

При Re> 40

Критерий Рейнольдса определяется по формуле

, где µ – динамический коэффициент вязкости газа(пара), Па⋅ с.

Определение гидродинамического фактора f:

Коэффициент С может быть найден следующем образом:

Определение гидравлического сопротивления орошаемой насадки :

Вывод:

1. визуальное изучение гидродинамических режимов работы насадочной колонны и их характерных особенностей;

2. опытное определение гидравлических сопротивлений сухой и орошаемой насадок;

3. расчет скорости воздуха в точке инверсии фаз;

4. расчет гидравлического сопротивления сухой и орошаемой насадок;

5. сопоставление расчетных и опытных гидравлических сопротивлений для значения плотности орошения, заданного преподавателем;

6. расчет фактора гидродинамического состояния двухфазной системы f, сопоставление его с опытным значением.

Цель работы:

1. Знакомство с устройством и работой лабораторной установки периодической ректификации.

2. Определение числа теоретических ступеней изменения концентрации N и ВЭТС, обеспечиваемых лабораторной колонной.

3. Нахождение опытных и расчетных значений ЧЕП и ВЕП лабораторной пленочной ректификационной колонны.

4. Математическое моделирование ректификационной колонны на компьютере, нахождение расчетного значения состава дистиллята и сопоставление его с опытным.

Принадлежности:

Основными элементами установки периодической ректификации, представленной на рис., являются: трубчатая ректификационная колонна 1, куб-испаритель 2, электронагреватель 3, дефлегматор 4, холодильник дистиллята 5, сборник дистиллята 6, автотрансформатор 7 и контрольно-измерительные приборы.

Схема установки:

результаты измерений таблица 1

Обработка опытных данных

1. определение опытных значений числа теоретических ступеней и высоты эквивалентной теоретической ступени (ВЭТС) , обеспечиваемых колонной.

Таблица 2

По данным таблицы 2 строится равновесная линия у*(х) на у-х диаграмме.

Из графика №1.

Определили число ступеней изменения концентрации. , тогда величина ВЭТС можно найти из уравнения (при Н=1, 4м): .

2. приближенное определение опытных значений числа и высоты единиц переноса, обеспечиваемых колонной.

Приближенно определили число единиц переноса по графику: ; этому числу соответствует значение ВЕП, которое можно найти по уравнению

3. приближенное определение расчетных значений высоты и числа единиц переноса, обеспечиваемых колонной.

ρ _х1 =735 кг/м³; ρ _х2 = 958 кг/м³; ρ _у1 = 1, 5 кг/м³; ρ _у2 = 0, 58 кг/м³;

μ _х1 = 0, 4∙ 10^-3 Па∙ с; μ _х2 = 0, 28∙ 10^-3 Па∙ с; μ _у1 = 0, 9∙ 10^-5 Па∙ с; μ _у2 = 1, 2∙ 10^-5 Па∙ с;

М₁ = 46 кг/кмоль; М₂ = 18 кг/кмоль.

Определяем средние концентрации этанола в колонне:

Определим скорость пара в колонне

Находим плотности, динамические коэффициенты вязкости, коэффициенты диффузии жидкой и паровой фаз, а также мольную массу жидкой смеси:

для расчета необходимо знание h_x u h_y.

тогда число единиц переноса будет равно:

таблица 3

№ опыта		, м		, м	, м	, м	, м
1	1, 5	0, 9	1, 3	1, 07	0, 0372	0, 195	0, 212	6, 6

Вывод: ознакомились с устройством и работой лабораторной установки периодической ректификации; определили число теоретических ступеней изменения концентрации ( =1, 5) и числа единиц переноса (). Нашли опытным и расчетным путем значения ЧЕП и ВЕП. Относительная ошибка удовлетворительна.

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Лабораторная работа №22

«Изучение процесса ректификации»

Выполнил:

Проверил:

профессор, д.т.н.__________Клинов А.В.

г.Казань, 2014г.

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

«Казанский Национальный Исследовательский Технологический Университет»

Кафедра: «Процессы и аппараты химических технологий»

ОТЧЁТ

по лабораторной работе №22

«Изучение процесса ректификации»

Выполнила:

Проверил:

профессор, д.т.н.__________Клинов А.В.

г.Казань, 2014г.